Question

【題目】Fe3O4是一種黑色粉末，又稱磁性氧化鐵，它的組成可寫成FeO·Fe2O3。某化學實驗小組通過實驗來探究一黑色粉末是否由Fe3O4、CuO組成(不含有其它黑色物質)。探究過程如下：

Ⅰ．提出假設： 假設1．黑色粉末是CuO；假設2．黑色粉末是Fe3O4;

假設3．黑色粉未是CuO和Fe3O4的混合物

Ⅱ．設計探究實驗：

方案一：取少量粉末加入足量稀硝酸，若假設2或假設3成立則實驗現象是___________，相關反應的離子方程式為__________________________________。

方案二： 查閱資料： Cu2+與足量氨水反應生成深藍色溶液，Cu2++4NH3·H2O=Cu(NH3)42++4H2O。為探究是假設2還是假設3成立，另取少量粉末加稀硫酸充分溶解后，再加入足量氨水，若產生___________現象，則假設2成立；若產生___________現象，則假設3成立。

方案三：

學生丙利用下圖所示裝置進行實驗，稱量反應前后裝置C中樣品的質量，以確定樣品的組成。回答下列問題：

(1)下列實驗步驟的先后順序是___________(填序號)。

①打開止水夾；②關閉止水夾；③點燃C處的酒精噴燈；

④熄滅C處的酒精噴燈 ⑤收集氫氣并驗純。

在點燃C處酒精噴燈前要進行的必要操作是__________________________。

(2)假設樣品全部參加反應，若實驗前樣品的質量為4.7克，實驗后稱得裝置C中固體的質量3.6克則假設___________(填“1”“2”或“3”) 正確。

Answer 1

【答案】 固體溶解，產生無色氣體，并在試管上方變為紅棕色 3Fe3O4+28H++NO3- = 9Fe3++NO+14H2O 只有紅褐色沉淀 紅褐色沉淀，同時溶液呈深藍色 ①⑤③④② 檢驗裝置中氫氣的純度 3

【解析】如果假設2成立，則加入硝酸后得到的溶液中含有三價鐵離子，溶液為黃色，且在試管口處有紅棕色氣體產生。如果假設3成立，則加入硝酸后得到的溶液中含有三價鐵離子和二價銅離子，溶液顯藍色，試管口處有紅棕色氣體產生。相關反應的離子方程式為3Fe3O4+28H++NO3- = 9Fe3++NO+14H2O。答案：固體溶解，產生無色氣體，并在試管上方變為紅棕色 . 3Fe3O4+28H++NO3- = 9Fe3++NO+14H2O

如果假設2成立，則加入稀硫酸后得到的溶液中含有三價鐵離子，加入氨水后生成氫氧化鐵紅褐色沉淀；如果假設3成立則加入硫酸后溶液中既含有三價鐵離子還含有銅離子，加入足量氨水反應生成氫氧化鐵紅褐色沉淀；銅離子與氨水發生反應Cu2++4NH3H2O═Cu（NH3）42++4H2O，溶液變為深藍色。故答案為：紅褐色沉淀；紅褐色沉淀，同時溶液呈深藍色

氫氣混有空氣加熱發生爆炸，所以開始先通氫氣，打開止水夾生成氫氣，通過后續裝置充滿氫氣，目的是排出裝置中的空氣，檢驗最后U型管出來的氣體氫氣純度，氣體純凈后再點燃C處的酒精噴燈，反應完成后先撤酒精燈，玻璃管冷卻再停氫氣，操作位熄滅C處的酒精噴燈，待C處冷卻至室溫后，關閉止水夾，防止生成的銅被空氣中氧氣氧化，所以其排列順序是①⑤③④②；故答案為：①⑤③④②；檢驗裝置中氫氣的純度

(2) CuO和Fe3O4都能被H2氧化生成相應的金屬和水，所以減少的質量為氧元素的質量為1.1g。

如果全部是氧化銅，其質量應該為1.1g80/16=5.5g>4.7g; 如果全部是Fe3O4，其質量應該為1.1g232/64=4.0g<4.7g,所以假設3成立。答案:3